正确答案是D
D选项中,因为当x=3时,该可逆反应式气体体积不变的反应.就是说无论反应达到什么程度,只要温度不变,任何时候,所有气体的体积总和永远与起始投入的气体体积总和相等.
所以,甲容器中气体的总体积一定是:2+1=3mol
乙容器中气体的总体积一定是:1.4+0.7+0.6=2.7mol
无论反应进行到什么程度,甲容器中的气体总体积一定比乙容器中气体总体积大,
根据题设中无论是甲容器,还是乙容器,反应达到平衡时,C在混合气体中的体积分数相等,都是φ,
甲容器中C的物质的量:n1=n甲总*φ=3*φ
乙容器中C的物质的量:n2=n乙总*φ=2.7*φ
则,在甲容器C的物质的量n1一定比在乙容器中C的物质的量n2大.
且物质的量之比为:n1/n2=(3*φ)/(2.7*φ)=10/9
但如果要把这个题目涉及的知识点理解透彻,那就不容易了.
题目的考点是:可逆化学反应的“等效平衡”
“等效平衡”是高中化学最难弄清楚的知识点,也是最搞脑子的,需要较强的思维能力.
等效平衡定义:在相同的条件下,无论起始的投料如何,只要达到平衡时,各气体物质的物质的量浓度不变,则可认为这些投料方式达到的平衡互为等效平衡.
看似简单的一句话,其中包含很多东西.
(1)首先,在可逆反应中,等效平衡只考虑气体,不考虑固体和液体(前提是固体和液体必须相对气体过量).
(2)“相同的条件”,反应一般包括温度,反应容器的体积,反应容器的压强.
在高中,“等效平衡”不考查温度的变化,常控制温度不变.所以,有两种考查方式:
恒温恒容和恒温恒压
(重点)在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种:
第一种:恒温恒容下(气体总体积变化)
对于反应前后气体体积发生变化的反应来说(即△V≠0的体系):等价转化后,对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同.
第二种:恒温恒容下(气体总体积不变)
对于反应前后气体体积没有变化的反应来说(即△V=0的体系):等价转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效.
第三种:恒温恒压下
对于气体体系等效转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效.
解题的关键,读题时注意勾画出这些条件,分清类别,用相应的方法求解.我们常采用“等价转换”的方法,分析和解决等效平衡问题
这里,特别要提到恒容和恒压这两个名词.
恒容:并不是指反应过程中,气体的总体积不变,而是指反应容器的形状和大小是固定了的.无论气体总体积改变与否,容器的体积都不变.
所以,恒容的条件下,如果反应是气体体积增大的反应,则由于容器的大小不会变,只能导致容器内的压强变大;反之,如果反应是气体体积减小的反应,则导致容器内的压强变大.
恒压:容器的体积会随着气体总体积的增大而增大,随着气体总体积的减小而减小.容器的体积保持与气体总体积一样,这样才能保证反应中无论哪个阶段,反应容器都能提供一个恒压的环境.换言之,可以把反应容器看作是一个没有固定形状的薄膜,只起到包围,密封反应物和生成物的作用,大小保持与内部气体总体积相等.
所以,在恒压的条件下,无论反应进行到什么程度,体系的压强都与起始时的压强相等.
到此,还可以得出,第二种等效平衡:恒温恒压下,气体总体积不改变的反应,事实上,相当于恒温恒压下的平衡.因为气体体积不改变,反应容器内部的压强也一定是不变的,相当于恒压.这也就是为什么第2种情况下的等效平衡和第3种情况下的等效平衡都只需要保证换算后,对应各物质的物质的量成比例即可,不需要像第一种情况下的等效平衡需满足对应各物质的物质的量必须相等.
建议你最好把“等效平衡”百度百科仔细看看,一定要把基本概念搞清楚,然后结合后面的例题加深理解,这里就不复制过来了.
这里,主要强调一种方法:一边倒.
一边倒:就是说如果起始投料中既有反应物也有生成物,则应把反应物按化学计量数之比全都换算成生成物,或把生成物全都换算成反应物.如果有多种投料方式,则要把每种投料方式都统一换算成反应物或统一换算成生成物.
如,在恒温恒压下,可逆反应:2SO2(g)+O2(g)=可逆=2SO3(g)
起始投料2molSO2和1molO2和2molSO3
把起始投料中的2molSO3按化学计量数换算成反应物,则为:2molSO2和1molO2
起始投料2molSO2和1molO2和2molSO3
就相当于起始投料为:4molSO2和2molO2
就是说这两种投料方式达到平衡后,互为等效平衡.
还有要提到恒压条件下,如果反应物只有一种,则无论反应物投料多少,达到的都是等效平衡,证明过程很简单.
比如:2SO3(g)=可逆=2SO2(g)+O2(g)
起始投料2molSO3和起始投料4molSO3是相同的
可以把4molSO3看作2个2molSO3,则每个2molSO3达到的平衡和第一种投料方式是互为等效平衡的.
这时,可以假想把两个投料2molSO3达到平衡时的反应容器分别打开一个缺口,再连接起来,相当于起始投料4molSO3的情况,因为这两个平衡是一样的,所以混合后各种气体占气体总体积的比是不变的,与起始投料2molSO3达到的是等效平衡.
现在看题目:
题干中:“达平衡后C在平衡混合气中的体积分数都为φ“
说明这2个反应达到平衡时是等效的.
A项错误.
甲乙两容器均为恒容容器有两种情况.
(1)第一种情况:气体总体积改变的反应,即x≠3
则,要达到等效平衡,则必须两种投料方式换算后,各物质的物质的量都要相等(参考上面提到的第一种情况的等效平衡)
这里,我们统一都换算成生成物.
乙容器
2A(g)+B(g)=xC(g)
21x
1.2/x0.6/x0.6
把乙中的0.6molC换算成1.2/xmolA,和0.6molB
乙容器起始投料为:(1.4+1.2/x)molA和(0.7+0.6/x)molB
甲容器起始投料为:2m